Karakteristik Air Limbah

Diambil dari materi Pelatihan TTG Limbah Cair

Pusteklim-2012

oleh

Prof. Tjandra Setiadi, Ph.D.

Program Studi Teknik Kimia FTI; Pusat Studi Lingkungan Hidup (PSLH)

Institut Teknologi Bandung

Karakteristik Fisik

Karakteristik Fisik Kegunaan

Padatan total Menilai potensi penggunaan kembali air limbah danmenentukan tipe unit pengolahan yang cocok

Padatan terendapkan Menentukan apakah padatan dapat mengendap secaragravitasi pada waktu tertentu

Distribusi ukuran partikel Meniliai Kinerja unit proses pengolahan

Turbiditas Menilai kualitas dari air limbah yang telah diolah

Warna Menentukan kondisi dari air limbah (aestetik)

Transmitansi Menilai kecocokan efluen untuk disinfektan UV

Bau Menentukan apakah ada gangguan bau

Temperatur Penting sebagai parameter perancangan unit proses biologis

Densitas

Konduktivitas Menilai kecocokan efluen untuk penggunaan pertanian

(Sumber: Metcalf and Eddy, 2004)

Karakteristik Kimiawi (Anorganik)

Karakteristik Anorganik Kegunaan

Nitrogen total Mengukur konsentrasi nutrisi dan derajat dekomposisi didalam air limbahFosfor total

pH Mengukur tingkat keasaman/kebasaan di dalam air limbah

Alkalinitas Mengukur tingkat ‘buffer’ di dalam air limbah

Klorida (Cl-) Menilai kecocokan air limbah untuk penggunaan kembali dibidang pertanian

Sulfat Mengukur potensi bau dan berdampak pada pengolahanlumpur yang dihasilkan

Logam Menilai penggunaan kembali air limbah dan efek racunselama pengolahan.

Unsur/senyawa anorganikspesifik

Melihat keberadaan unsur tertentu di dalam air limbah

Berbagai gas (O2, CO2, NH3, H2S, CH4)

Melihat keberadaan gas tertentu di dalam air limbah

(Sumber: Metcalf and Eddy, 2004)

Karakteristik Kimiawi (Organik)

Karakteristik Anorganik Kegunaan

BOD Mengukur kebutuhan oksigen untuk mengolah air limbahsecara biologis

COD Dapat digunakan untuk menggantikan tes BOD

NOD Mengukur kebutuhan oksigen untuk mengolah komponennitrogen di dalam air limbah menjadi nitrat

TOC Dapat digunakan untuk menggantikan tes BOD

Senyawa spesifik Menentukan keberadaan senyawa organik tertentu danmenilai apakah perancangan tertentu perlu dilakukan untukmenghilangkan senyawa tersebut

(Sumber: Metcalf and Eddy, 2004)

Karakteristik Biologis

Karakteristik Kegunaan

Bakteri Coliform Melihat keberadaan bakteri patogen

Mikroorganisme spesifik Melihat organisme tertentu untuk melihat penggunaankembali

(Sumber: Metcalf and Eddy, 2004)

Batasan Air Limbah untuk Industri di Indonesia

Parameter Konsentrasi (mg/L)

COD 100-300

BOD 50-150

Minyak Nabati 5-10

Minyak Mineral 10-50

Zat Padatan Tersuspensi (TSS) 200-400

pH 6.0-9.0

Temperatur 38-40 oC

Amonia bebas (NH3) 1.0-5.0

Nitrat (NO3-N) 20-30

Senyawa aktif biru metilen 5-10

Sulfida (H2S) 0.05-0.10

Fenol 0.5-1.0

Sianida (CN) 0.05-0.50

(Sumber: Lampiran C Kepmen LH No. KEP-51/MENLH/10/1995)

Padatan

• Air limbah mengandung berbagai jenis padatan.

• Berdasarkan ukuran partikel, Padatan itu dapatdiklasifikasikan:

– Padatan tersuspensi (suspended solid)

Padatan tersuspensi merupakan padatan yang tersaring di dalam filter.

Ukuran pori filter dapat bervariasi antara 0.45 µm – 2.0 µm.

– Padatan terlarut (dissolved solid)

Padatan terlarut merupakan padatan yang lolos saring dari filter yang

digunakan.

Padatan

• Padatan tersuspensi (suspended solid)

Padatan tersuspensi dapat berupa tanah liat, lumpur, bakteri, alga, dan

buangan industri.

Konsentrasi SS yang tinggi dapat mempengaruhi kehidupan akuatik karenamenurunkan DO, mengurangi proses fotosintesis karena terhalangipadatan, meningkatkan turbiditas, menghambat pernapasan, memusnahkan spawning bed

• Padatan terlarut (dissolved solid)

Padatan terlarut dapat berupa garam-garam anorganik.

Padatan terlarut seperti senyawa besi dapat memberi warna di air, senyawa karbonat membuat kerak di boiler.

Padatan

Alat filter untuk menyaring padatan(http://biology.clc.uc.edu/fankhauser/Labs/Microbiology/Drinking

_Water/jpgs/Drinking_water.html)

Padatan

• Berdasarkan tingkat volatilitas, Padatan itu dapatdiklasifikasikan:

– Padatan volatil (volatile solid)

Padatan volatil merupakan padatan yang menguap dan terbakar pada

temperatur 500 ± 50oC.

– Padatan tetap (fixed solid)

Padatan tetap merupakan sisa padatan yang masih tertinggal saat

padatan dipanaskan pada temperatur 500 ± 50oC.

Padatan Terendapkan

• Padatan terendapkan dapatdiukur dengan alat Imhoff cone dengan cara melihat endapandi dalam air limbah yang dimasukkan ke dalam alattersebut selama 30 menit.

Imhoff cone (http://www.aquaculturehub.org/photo/imho

ff-cone?context=popular)

pH

• pH yang sesuai dengan kehidupan makhluk hidup beradapada rentang 6-9. Perairan yang baik memiliki rentang pH antara 6-8 (air tawar) dan 8.1-8.4 (air laut).

• Asam seperti asam sulfat dapat menyebabkan iritasi bagimata, korosi.

• Basa seperti soda kaustik pada konsentrasi 25 ppm dapatmembuat ikan mati, kerapuhan, mengganggu pembentukanflok, merusak vegetasi.

• Perubahan pH dapat mempengaruhi kelarutan logam-logamberacun.

Nitrogen

• Nitrogen merupakan salah satu kebutuhan nutrien yang diperlukan oleh makhluk hidup.

• Apabila kandungan nitrogen di dalam air berlebih, eutrofikasiakan terjadi.

• Bentuk Nitrogen di alam dapat bervariasi sesuai dengantingkat oksidasinya :-III 0 I II III IV V

NH3 – N2 – N2O – NO – N2O3 – NO2 – N2O5

Nitrogen

• Amonia di dalam air dengan konsentrasi 1 mg/L dapatmenjadi racun bagi ikan dan organisme air.

• Konsentrasi nitrat yang tinggi di dalam air dapatmengakibatkan methemoglobinemia, kelainan darah bagianak di bawah 3 bulan.

• Bentuk nitrogen yang umum ditemui di dalam air limbahadalah : amonia (NH3 ; -III), ion amonium (NH4

+; -III), ion nitrit(NO2

-; +III) dan ion nitrat (NO3-; +V)

• Kandungan nitrogen diukur dengan berbagai metoda, lihatTabel berikutnya

Nitrogen

Bentuk Nitrogen Singkatan Definisi

Gas amonia NH3 NH3

Ion amonium NH4+ NH4

+

Total amonia nitrogen TANa NH3 + NH4+

Nitrit NO2- NO2

-

Nitrat NO3- NO3

-

Total anorganik nitrogen TINa NH3 + NH4+ + NO2

- + NO3-

Total Kjeldahl nitrogen TKNa N organik + NH3 + NH4+

Nitrogen organik N organika TKN- (NH3 + NH4+)

Total nitrogen TNa N organik + NH3 + NH4+ + NO2

- + NO3-

a Semua bentuk diukur sebagai N

• Bentuk-bentuk nitrogen didefinisikan dalam berbagai bentuk:

(Sumber: Metcalf and Eddy, 2004)

Fosfor

• Fosfor juga merupakan nutrien yang penting bagi makhlukhidup.

• Apabila kosentrasi fosfor juga terlalu tinggi, fosfor juga dapatmenyebabkan eutrofikasi di lingkungan.

• Bentuk fosfor yang umum ditemukan di perairan adalahorthofosfat, polifosfat, dan fosfat organik.

• Orthofosfat dapat berbentuk dalam : PO43-, HPO4

2-, H2PO4-,

H3PO4.

• Polifosfat berbentuk molekul dengan dua atau lebih atom P, O dan H. Polifosfat perlu dihidrolisis terlebih dahulu danmembentuk senyawa orthofosfat.

Sulfur

• Sulfur di dalam air limbah umumnya berbentuk dalam ion sulfat.

• Sulfat direduksi secara anaerobik menjadi H2S dengan reaksisebagai berikut:

• H2S ini dapat dioksidasi lebih lanjut secara biologis menjadi asamsulfat yang bersifat korosif.

Minyak dan Lemak

• Minyak dan lemak (oil and grease) merupakan parameter yang meliputi lemak, minyak, lilin, dan senyawa-senyawa yang terkait.

• Jika senyawa minyak dan lemak tidak dihilangkan dari air limbah, senyawa ini dapat mengganggu dengan cara (1) membentuk lapisan di permukaan air, (2) mencegah penetrasisinar, (3) menjadi racun bagi beberapa ikan tertentu, (4) bahaya kebakaran.

Bahan Berbahaya dan Beracun

• Bahan B3 meliputi logam berat (ferrous dan non-ferrous) danzat kimia

• Logam berat mencakup Al, Sb, As, Ba, Be, Cr, Co, Cd, Cu, Fe, Pb, Mn, Hg, Mo, Ni, Se, Ag, Ti, V, Zn.

• Logam berat ini bersifat racun dalam konsentrasi rendahterhadap makhluk hidup.

• Senyawa kimia yang beracun meliputi: pestisida, sianida, sulfida, fenol, dsb.

BOD

• BOD atau Biochemical Oxygen Demand merupakan parameter yang dapat mengukur konsentrasi senyawa organik di dalamair limbah.

• Secara umum BOD adalah pengukuran tak langsung terhadapbanyaknya oksigen yang digunakan mikroorganisme untukmendekomposisi materi organik.

• BOD dilakukan dengan menguji sampel air denganmembiarkan pada suhu konstan 20oC selama 5 hari.

• Perairan yang baik memiliki nilai BOD 1-2 ppm.

BOD

• Keuntungan tes BOD

1. Menentukan kebutuhanoksigen yang akurat yang diperlukan untuk pengolahanbiologis

2. Menentukan ukuran unit IPAL

3. Menentukan efisiensi beberapaproses pengolahan

4. Menentukan batas baku mutuair pengolahan limbah

Prosedur tes BOD (Henze, dkk. 1995)

BOD

• Keterbatasan tes BOD

1. Waktu yang diperlukan untuk tes ini cukup panjang(5 hari, 20 hari)

2. Membutuhkan pretreatment apabila limbahnyamengandung senyawa racun

3. Hanya mengukur senyawa organik yang biodegradabel

4. Uji ini tidak memiliki validitas stokiometrik

BOD

Kurva BOD (http://www.bre.umd.edu/agtopics/topics-julyaug-20.html)

COD

• COD atau Chemical Oxygen Demand merupakan ukuran taklangsung terhadap banyaknya oksigen yang diperlukan untukmengoksidasi materi organik limbah dengan menggunakansenyawa kalium dikromat (K2Cr2O7) atau kalium permanganat(KMnO4) dalam pelarut asam.

• Nilai COD selalu lebih tinggi dari BOD karena banyak bahanorganik yang dapat dioksidasi secara kimiawi tetapi tidaksecara biologis.

• COD tidak dapat mengoksidasi senyawa amonia

• Analisis COD dapat dilakukan dengan cepat selama 2 jam.

COD

(a) (b)

Peralatan analitis COD (a) dan vial reagen COD (b) (http://www.idswater.com/water/us/chemical_oxygen_demand_analyzer/529/products.html) (http://www.camlabworld.com/cod-vials-standards-for-chemical-oxygen-demand-c2866.aspx)

TOD

• TOD atau Total Oxygen Demand merupakan parameter lain selain BOD dan COD yang mampu mengukur kebutuhanoksigen total yang diperlukan untuk mengoksidasi senyawaorganik.

• Analisis TOD dilakukan dengan menggunakan katalis tertentu(platinum) dan dioksidasi dengan temperatur tinggi (900oC)

• Hasil dari TOD lebih tinggi dibandingkan COD dan BOD.

TOC

• Analisis TOC atau Total Organic Carbon dilakukan denganmengoksidasi senyawa organik menjadi CO2 denganpemanasan. Teknik ini sangat cepat dan hasilnya akurat.

• TOC berbeda baik dengan BOD, COD, maupun TOD karenaanalisis TOC menentukan banyaknya atom karbon dan tidakmemberikan kebutuhan oksigen yang diperlukan untukoksidasi.

• Analisis TOC membutuhkan peralatan yang mahal dan teknisikhusus. Selain itu data perbandingan untuk TOC sangatterbatas.

Karakteristik Biologis

• Di dalam air limbah terdapatberbagai jenis mikroorganismeseperti virus, bakteri, jamur, protozoa, nematoda, dll.

• Tujuan dari pengujian mikrobialadalah untuk mendeteksi bakteri-bakteri patogen yang dapatmengganggu kesehatan manusia. Namun, bakteri pembuat penyakit initidak mudah diidentifikasi.

• Tes yang digunakan untukmenentukan kontaminasi umumnyamenggunakan mikroorganismecoliform.

Tes coliform (http://www.water-research.net/Watershed/fecalba

cteria.htm)

Daftar Pustaka

• Davis, M.L. 2010. Water and Wastewater Engineering : Design Principles and Practice. McGrawHill: New York

• Henze, M.; Harremoes, P.; Jansen, J.C.; Arvin, E. 1995. Wastewater Treatment: Biological and Chemical Processes. Springer-Verlag: Berlin

• Metcalf dan Eddy. 2004. Wastewater Engineering: Treatment and Reuse. McGrawHill: New York